Airborne GNSS reflectometry for coastal monitoring of sea state

Resumen

El aumento del nivel del mar y la variabilidad del estado del mar, como resultado del cambio climático y el calentamiento global, son áreas de investigación críticas. Sin embargo, las técnicas actuales para observar y monitorear estos fenómenos tienen limitaciones en términos de resolución espacial y temporal, especialmente en zonas costeras. GNSS Reflectometría (GNSS-R) es una técnica emergente basada en radar biestático que utiliza señales GNSS directas (transmisor-receptor) y reflejadas (transmisor-punto de reflexión-receptor) para extraer propiedades de la superficie reflejante. Este estudio explora el potencial de la GNSS-R aérea como medio para monitorear el estado del mar en áreas costeras utilizando el efecto Doppler y la reflectividad como observables. El objetivo es calcular un factor de estado del mar (SSF) a partir de la potencia de la señal reflejada y analizar la distribución del desplazamiento Doppler para evaluar su correlación con la velocidad del viento y la altura significativa de las olas obtenidas del modelo ERA5. El experimento consistió en cuatro vuelos realizados entre Calais y Boulogne-sur-Mer (Francia) en Julio de 2019. Las señales se procesan mediante un receptor de software, rastreando las señales reflejadas asistido por un modelo de reflexión especular. Las señales resultantes se analizan en el dominio espectral cada minuto para estimar la reflectividad de la superficie y el desplazamiento Doppler relativo. Los resultados revelan que el SSF y la dispersión Doppler son sensibles a las condiciones del estado del mar, correlacionadas con los parámetros del modelo ERA5 e influenciadas por el ángulo de elevación de los satélites GNSS. A bajas elevaciones (E<10°), el factor de estado del mar muestra una relación inversa con la velocidad del viento y la altura de las olas, mientras que la distribución Doppler muestra una correlación positiva con estos parámetros.